要点
・在替代燃料使用方面，美国落后于大多数发达国家，而替代燃料的使用对水泥和石灰行业的脱碳路线图至关重要。
・为了在合理时间框架内达到预期的更高热替代率，水泥和石灰企业将需要转向高质量的垃圾衍生燃料和城市固体废弃物。
・内部的替代燃料部门可确保严格管控，而外部的废物管理公司能够提供投资杠杆以及行业专业知识，以便在有价值的燃料量仍可获取时将其利用起来。
・人们对替代燃料的兴趣日益增加，许多工厂正考虑在未来两年内安装替代燃料进料系统。
替代燃料的使用是水泥和石灰行业脱碳的关键手段，而在这一领域，美国落后于大多数其他发达国家。为了实现使用替代燃料所必需的、更具实质意义的更高热替代率（TSRs），水泥和石灰企业将越发需要转向高质量的垃圾衍生燃料（RDFs）和城市固体废弃物。
但这些燃料（特别是经济上可行的垃圾衍生燃料）的可获取量并不高。这就是为何水泥和石灰企业应在短期内优先评估相关机会的原因。此外，在进行必要且并非微不足道的所需投资时，它们应当向外部废物管理公司寻求垃圾衍生燃料的采购及定价方面的专业知识。
替代率滞后，兴趣渐浓
截至2023年，美国的热替代率仅为15% - 17%，而欧洲和日本均超过50%。据估计，美国87家水泥厂中有60家的热替代率低于20%，其中39家据信热替代率低于5%（见图1）。
图1 按业绩十分位数划分的美国所有水泥厂估计热替代率（2023年）
危险废物和轮胎衍生燃料（TDFs）历来是美国替代燃料的主要来源，而欧洲和日本对工业和商业废物（也称为垃圾衍生燃料，即RDFs）以及城市固体废弃物（MSW）的使用水平要高得多。据估计，2023年垃圾衍生燃料和城市固体废弃物合计约占欧洲替代燃料消费量的60%，而在美国这一比例约为23%。另一方面，轮胎衍生燃料和危险废物合计估计占美国替代燃料使用量的近60%，而在欧洲仅占15%（见图2）。
图2 水泥窑能源消耗及替代燃料组合——美国与欧盟对比（2023年）
尽管较低的能源价格和更充裕的垃圾填埋空间为替代燃料的采用和使用创造了更具挑战性的环境，但人们对替代燃料的兴趣正在迅速增加。我们最近进行的一项研究显示，在代表约25%美国水泥厂的样本中，截至2023年尚无替代燃料进料系统的工厂中，有一半计划在2024年或2025年安装该系统，以期使用替代燃料。这很可能是美国水泥行业有史以来向替代燃料转换的最高比率。
垃圾衍生燃料的前景
随着需求上升以及提高热替代率的压力持续增大，预计许多工厂将会遇到目前所使用的主要燃料类型的局限：危险废物许可已变得极为困难，由于含硫量的原因，轮胎衍生燃料的使用通常最多只能达到燃料替代量的20% - 25%左右，而低能量密度的生物质往往会对熟料生产能力造成重大压力。
因此，水泥和石灰企业将越发需要转向更高质量的垃圾衍生燃料——以及潜在的高质量城市固体废弃物衍生燃料——以实现它们所设定的更具实质意义的更高热替代率目标。经过恰当选择和加工的垃圾衍生燃料能够达到持续接近煤炭的能量密度水平，且氯和硫含量极低且可预测（例如，氯含量低于500ppm）（见图3）。
图3 替代燃料在关键指标方面的表现
注: 热值单位为British Thermal Units (BTUs)
支持向高质量垃圾衍生燃料这一趋势的是，越来越多的商业和工业废物产生者开始采用减少垃圾填埋目标或零填埋政策。零填埋政策的存在对垃圾衍生燃料的经济性有着重大影响，因为对废物产生者来说，这通常会使焚烧成为次优选择。
Veolia在2023年进行的一项研究发现，营收超过5亿美元的美国企业中有52%已经制定了零垃圾填埋目标（尽管可能是长期目标），另有22%计划在未来两年内制定此类目标。由于焚烧费用往往是垃圾填埋倾倒费的两倍，这切实改善了垃圾衍生燃料的经济性以及需要新出路的垃圾衍生燃料的数量（见图4）。
图4 美国企业垃圾填埋政策及定价概况（2023年）
即便如此，高质量垃圾衍生燃料（特别是来自实施零填埋政策的产生者的垃圾衍生燃料）的可获取量并非是无限的。在我们分析的美国许多市场中，员工人数超过50人的公司所产生的垃圾衍生燃料量（这些是最容易收集的）甚至不足以替代当地水泥企业所使用的传统燃料的20%。
垃圾衍生燃料和/或城市固体废弃物采购的运营模式也应成为替代燃料议程的一部分。许多水泥公司已经成功设立了废物管理部门，这些部门实现了可观的资本回报率，但它们是经过长时间努力才做到的，而且当时原料方面的竞争不像现在这么激烈。有几家公司在业务启动阶段面临着陡峭的学习曲线。
与此同时，随着原料竞争迅速加剧，目前尚无内部废物管理部门的行业参与者可能会发现，利用第三方供应商是实现更具实质意义的更高热替代率（这正迅速成为行业规范）的最快且风险最低的途径。
